藥廠設備降碳減排技術分析

唐 準

（金陵藥業股份有限公司南京金陵制藥廠，江蘇南京 210038）

0 引言

近年來我國制藥行業處于快速發展階段，在制藥行業中很多設備資源消耗巨大，造成了較為嚴重的環境污染問題，這與國家提倡的低碳環保與可持續發展理念不相符。針對這種情況，制藥廠必須意識到制藥設備降碳減排的重要性和緊迫性，采取多種技術措施，將降碳減排工作做實、做細。

1 制藥設備降碳減排的重要意義

制藥行業屬于弱周期、需求剛性行業，關系到國計民生，更是中國制造2025 和戰略新興重點行業。但是很多藥企在制藥過程中會消耗大量的水、電、氣、燃料、原材料等資源，為了實現國家對于制藥行業降碳減排所要求的“碳中和”和“碳達峰”等目標，采取降碳減排措施已成大勢所趨。制藥廠在設備中應用降碳減排技術后，藥品生產中原材料和電能方面的成本將顯著降低，這不僅有助于降低各類資源的消耗，還能有效提高企業的生產效率，進而提高企業的經濟效益，為企業在市場上獲得競爭優勢。

制藥設備的降碳減排工作有3 個重要意義：一是降低企業在環境綜合治理方面的成本開支，避免造成環境污染問題，由此可能帶來的停產和整改等問題也將隨之得到化解；二是企業實行降碳減排后有助于在產業內形成示范效應，得到有關部門在政策和資金等方面的支持；三是企業通過開展設備降碳減排舉措有助于提高相關領域科學技術水平。從長期來看，這些對于企業增加經濟效益和社會效益都很重要[1]。

2 當前制藥設備降碳減排存在的不足

雖然制藥廠對于設備降碳減排方面的工作也給予了一定關注，但在實際執行層面仍然存在一些不足。例如，當前很多制藥廠所采用的降碳減排措施都是在藥品生產完成后才開始進行，主要針對藥品生產后的廢棄物和污染物，利用處理裝置進行污染控制，而對于藥品生產各環節中的降碳減排措施則較為缺乏。因此，制藥廠往往僅實現了降低污染物排放量的目標，但并未從根本上實現設備綜合降碳減排舉措[2]。因此，制藥設備的降碳減排工作仍有較大提升空間。

3 制藥設備降碳減排技術和方法

3.1 空調系統降碳減排設計

據統計，空調系統的能耗占制藥廠總能耗的50%左右，是降碳減排目標的主要突破口[3]。因此，空調系統應當優先配備節能空調裝置，如對變頻節能電機的循環處理和過濾處理等模塊進行優化，有效利用二次回風[4]。其次，由于固體制劑等藥品在生產過程中經常出現大量粉塵，且這些粉塵若不處理會隨著空調系統的循環而擴散，可能帶來嚴重的空氣污染。為此，應在空調系統中配備獨立的排風中效靜壓箱，并對設備排風進行自控風壓平衡，這種方式也需注意排風對能源的消耗，應在降碳和減排之間有效平衡。最后，應配置整個空調系統的自控系統，如應用空調DCS 系統對風量，壓差，溫濕度等參數進行綜合管控，在滿足藥廠生產要求前提下，達到提高效率和降低能耗的作用。

3.2 選擇水冷螺桿機組

空調外機應當將傳統的溴化鋰制冷機組逐步更換為水冷螺桿機組。螺桿機組在冷量衰減方面較溴化鋰機組更具優勢，且二者COP（Coefficient Of Performance，性能系數）值差距明顯，更可采取多段有級能量調節和無級能量調節方式工作，因此螺桿機組的能量消耗更低，更有助于實現降碳減排目標（表1）。

表1 溴化鋰冷水機和水冷螺桿機降碳減排參數對比

3.3 生產線降碳減排設計

在很多藥品的生產環節，特別是中成藥的生產過程中，需要采用相關設備對提取后的浸膏進行烘干，而這一流程也是整個運行過程中耗能最高的一個環節，應對此進行合理的優化設計[5]。目前常用的優化設計方式是逆流烘干方式，相對于并流烘干方式，逆流方式的傳熱、傳質推動力都較大，所以熱能利用率較高。但是因逆流烘干方式接觸面積大，停留時間長、速度快等特點易引發焦化現象，并不適用于所有制藥品種，需要在工藝和降碳減排上面進行有效平衡。除此之外，在水針生產線中亦可應用回收技術對洗瓶水進行再利用。在純化水或注水沖瓶后，水中的顆粒物、有機溶劑和臭氧等含量均較高，若直接排放則會造成嚴重環境污染問題，必須處理后回收再利用。為此可將沖瓶后的洗瓶水進行收集，并使用膜過濾器進行過濾，過濾后再進行消毒，確保水體的各項參數指標都合乎要求后可用于洗瓶預浸泡工藝使用，更可直接替換自來水用于熱風機冷卻、真空泵循環水等。

圖1 為江蘇某藥廠減排設計前后用水量對比，把水針生產線洗瓶水處理后再利用于真空泵用水，真空泵用水量由優化前的0.04 m3/d，降至優化后的0 m3/ d；每兩周一次的換水量由優化前的3 m3/次，降至優化后的0 m3/次。

圖1 江蘇某藥廠減排設計前后用水量對比

3.4 制水系統降碳減排設計

在藥品的生產過程中，需要使用純水機制備純化水，很多藥廠純水系統生產轉化率不高，低于80%，顯然對制水系統的降碳減排設計也是整個制藥廠設備降碳減排的重要突破口。造成純化水生產轉化率偏低的關鍵原因是系統排水量過大，占比超過總排水量的90%[6]。在傳統制水系統中，通常采用二級反滲透系統除去水中過量的無機鹽成分，雖然這種工藝性能穩定、已經得以成熟應用，但耗能高和效率低等問題較為突出。為此，當前的制藥廠制水系統中普遍采用RO 膜系統濃水回收技術進行節水降耗，考慮到RO 膜系統的濃水排水量占到系統進水量的20%左右，對于濃水進行回收很有必要。盡管濃水中的鹽分因聚集作用而含量較高，但這種水經過深度處理后仍可進行再次利用，如處理過的濃水可回收至原水箱或用于植物灌溉、清潔等工作。

當然，除了使用廢水回收處理技術實現節能降耗之外，對水處理工藝進行優化改進也不可或缺?？伸`活調節制水系統，無機鹽成分含量低的源水只需采用一級反滲透系統即可，而無機鹽成分含量較高的源水可不局限于傳統的二級反滲透系統，選用新脫鹽工藝，如納米濾芯預處理和一級反滲透系統聯合使用，或小二級反滲透系統和其他預處理方式的優化設計等，以實現節水降耗的目標[7]。

3.5 清潔能源的應用

清潔能源具有較強的再生能力，且在最終排放的過程中通常不會對環境造成明顯污染，顯然采用清潔能源對于實現制藥設備的降碳減排目標有重要作用。在制藥行業中，耗能最高的項目是電能，因此為降低因大量用電引發的碳排放過高問題，制藥廠可引入光伏發電來對部分基礎設施進行供電，同時還可引入電池站或冷凍水蓄水池等儲能站儲存低谷時期的電能來補充用電高峰時期的能源缺口，實現能源的合理利用。同時，在一些設備的運行過程中會產生大量的熱量，可以利用相關裝置將這些熱量回收利用，如將收集空壓機運行時產生的大量熱能回收并換熱為熱水用于生產生活使用等。當然，制藥廠也可采用熱電聯供方式取代傳統供熱方式，以進一步提高能源利用率和降碳減排水平[8]。

3.6 環境管理信息化系統

制藥廠降碳減排設計離不開信息化技術的支撐，因此制藥廠要建立環境管理信息化系統，加強系統的軟件和硬件兩方面建設，積極應用傳感器技術、網絡技術和人工智能技術等一系列先進技術。如采用SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數據采集與監視控制系統）、MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）等自動化控制系統對制藥廠房環境參數和制藥工藝參數等進行實時監控，當出現問題時可第一時間自動調整，確保制藥過程始終在節能環保的要求下進行，促進制藥廠實現綠色生態化發展。

3.7 制藥廠污水站降排技術應用

制藥廠污水主要包含以下4 類，分別是抗生素生產廢水、合成藥物生產廢水、中成藥生產廢水和各類制劑生產過程中產生的洗滌廢水，具有成分復雜、有機物含量高、毒性大和生化性差等特點。通常采用物化、生化技術對污水進行消毒和凈化處理，以降低污水排放給環境帶來的污染，有條件的制藥企業還可將處理后廢水進行中水回收利用，如應用于水源熱泵系統、衛生沖洗等。對于污水處理中剩余的污泥，也需要進行深度處理，如臭氧+生物活性炭聯合工藝等，不僅使污泥達到徹底的無害化程度，更能夠使之變廢為寶、為制藥廠創造額外的經濟效益。

3.8 其他降碳減排技術的應用

制藥廠在日常工作中需注重設備的更新，及時淘汰使用時間較長的老式設備，積極引進和應用國際上領先的高節能高效率低碳低排放的制藥設備，如磁懸浮變頻離心式冷水機、汽水串聯噴射真空機組等設備，這些工作有助于從源頭上控制設備的碳排和污染物排放。

4 結束語

由于制藥設備在運行過程中會產生較高能耗，因此對其進行降碳減排處理是未來發展的趨勢。制藥廠要發揮現代科學技術的優勢，在未來的工作中采用現代科學技術對現有的設備運行進行優化、改進，確保藥品生產工作能緊密結合降碳減排的發展大趨勢，從而更快更好地實現降碳減排的最終目標，推動制藥廠長期、穩定的發展。